СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 2001 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям объектов на воздействие ударных нагрузок.

При испытаниях объектов на воздействие ударных нагрузок объект подвергается воздействию импульса перегрузки заданной формы с заданными характеристиками - длительностью и амплитудой.

Одной из задач в области испытательной техники является повышение характеристик импульса перегрузки, что связано с увеличением скорости разгона объекта.

При использовании известных способов формирования импульса перегрузки на ударных стендах [1, 2], заключающихся в том, что объект испытаний закрепляют на платформе ударного стенда, платформу разгоняют до определенной скорости и формируют на объекте импульс перегрузки в процессе осуществляемого с помощью тормозного устройства торможения платформы, для увеличения скорости разгона объекта понадобилось бы увеличить скорость разгона платформы ударного стенда, на которой размещается объект, что связано с определенными техническими трудностями и ограничениями.

Наиболее близким к заявляемому является способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях по патенту N 2110051 [3]. Указанный способ заключается в том, что платформу с объектом испытаний, который установлен с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством ударного стенда и тормозят этим тормозным устройством. При торможении платформы объект вначале продолжает движение со скоростью, полученной в результате разгона платформы и равной скорости разгона платформы, и смещается относительно платформы на величину установленного зазора δ, затем вступает во взаимодействие с установленным между объектом и платформой вторым тормозным устройством, в процессе которого объект тормозится и на нем формируется импульс перегрузки.

Недостатком этого способа является то, что для увеличения скорости разгона объекта с целью повышения характеристик импульса перегрузки понадобилось бы, как и в других вышеуказанных известных способах формирования импульса перегрузки, увеличивать скорость разгона платформы с объектом испытаний.

Решаемой технической задачей является обеспечение необходимого для повышения характеристик импульса перегрузки увеличения скорости разгона объекта без увеличения скорости разгона платформы ударного стенда.

Указанная техническая задача решается способом, заключающимся в том, что платформу с испытуемым объектом, который устанавливают с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством и тормозят испытуемый объект вторым тормозным устройством, которое устанавливают между испытуемым объектом и платформой с зазором δ между объектом и вторым тормозным устройством, согласно изобретению в процессе происходящего в пределах выставленного зазора δ перемещения объекта относительно платформы производят дополнительно разгон объекта испытаний путем передачи ему кинетической энергии предварительно разогнанного на ударном стенде вместе с объектом испытаний и платформой инерционного груза, осуществляемой с помощью установленного на платформе передаточного механизма с передаточным отношением

где V₁ - скорость инерционного груза относительно платформы, V₂ - скорость объекта испытаний относительно платформы. В результате дополнительного разгона объекта испытаний его скорость увеличивается и становится больше скорости, приобретенной объектом испытаний в процессе его разгона вместе с платформой на ударном стенде.

На чертеже изображена схема устройства, на котором может быть реализован предлагаемый способ.

Испытуемый объект 1 закрепляют на столе 2 платформы 3 ударного стенда 4 с тормозным устройством 13. Между платформой 3 и столом 2 размещается второе тормозное устройство 5 стола 2. Стол 2 с помощью жесткой связи 6 соединяется с платформой 3 таким образом, что между столом 2 и вторым тормозным устройством 5 стола 2 образуется зазор δ. На платформе 3 размещаются также выполненный в виде монолитной детали инерционный груз 7 и соединяющий этот груз со столом 2 передаточный механизм 8, выполненный, например, в виде механической системы с твердыми звеньями - штанги 9, один конец которой на шарнире 10 закреплен на платформе 3, а второй через ролик 11 опирается на торец стола 2. Инерционный груз 7 закреплен на штанге 9. Кронштейн 12 фиксирует положение элементов устройства в исходном состоянии.

Способ реализуют следующим образом. Платформу 3 разгоняют до заданной скорости, и она ударяется о тормозное устройство 13 ударного стенда 4. При соударении жесткая связь 6 разрушается, стол 2 с объектом испытаний 1 и инерционный груз 7 продолжают движение по инерции, а платформа 3 тормозится. Стол 2 и инерционный груз 7 смещаются относительно платформы 3 по направлению скорости движения, при этом инерционный груз 7 через передаточный механизм 8 давит на движущийся стол 2 в направлении его движения, передавая таким образом столу 2 часть своей кинетической энергии, что приводит к ускорению движения стола 2 с объектом испытаний 1 и, в конечном итоге, к увеличению скорости их разгона.

Сместившись относительно платформы 3 на величину выставленного зазора δ, стол 2 с увеличенной скоростью разгона ударяется о второе тормозное устройство 5 и затормаживается им, при этом вместе со столом 2 тормозится и опирающийся через ролик 11 на торец стола 2 конец штанги 9 передаточного механизма 8 и, соответственно, закрепленный на штанге 9 инерционный груз 7. В процессе торможения на объекте испытаний 1 формируется импульс перегрузки.

Устройство может содержать третье тормозное устройство 14, размещаемое между инерционным грузом 7 и платформой 3 на расстоянии S от инерционного груза, которое осуществляет торможение инерционного груза после проведенного дополнительного разгона стола 2 с объектом испытаний 1 и смещения инерционного груза 7 относительно платформы 3 на расстояние S. При этом в процессе торможения инерционного груза третьим тормозным устройством 14 передаточный механизм 8 может быть отключен от стола 2, что может быть реализовано, например, соответствующим подбором размеров звеньев передаточного механизма 8 и стола 2, обеспечивающим при перемещении стола 2 относительно платформы 3 на величину смещение ролика 11 за кромку стола 2 и, соответственно, отключение передаточного механизма 8 от стола 2.

Далее приведен пример использования предлагаемого способа формирования импульса перегрузки на действующем ударном стенде, скорость разгона платформы которого ограничена величиной 55 м/с, масса разгоняемой платформы с испытуемым объектом не должна превышать 8000 кг, масса конструкции платформы составляет 3900 кг.

Поставлена задача испытать на этом стенде объект массой 100 кг на воздействие импульса перегрузки примерно прямоугольной формы с амплитудой n_п = 10000 и длительностью τ_п= 1 мс.
Скорость разгона объекта V_о, необходимая для формирования прямоугольного импульса перегрузки, определяется выражением
V_o= g•n_n•τ_n, (1)
где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Из выражения (1) следует, что для прямоугольного импульса перегрузки с заданными параметрами n_п = 10000, τ_n= 1 мс требуется разогнать объект до скорости V₀ = 100 м/с. При использовании известных способов формирования импульса перегрузки на рассматриваемом ударном стенде скорость разгона объекта испытаний равна скорости разгона платформы, которая не может превышать 55 м/с, поэтому разогнать объект до скорости 100 м/с и сформировать импульс перегрузки с заданными параметрами не представляется возможным.

Используя же предлагаемый способ формирования импульса перегрузки можно увеличить скорость разгона объекта испытаний до требуемой величины 100 м/с не увеличивая скорость разгона платформы. Покажем это.

При использовании предлагаемого способа формирования импульса перегрузки наибольшее значение скорости разгона объекта испытаний V₀ ^max определяется выражением

где β - коэффициент полезного действия передаточного механизма;
m₁ - масса инерционного груза;
m₂ - масса разгоняемой сборки с объектом испытаний;
V_пл - скорость разгона платформы ударного стенда.

Приведенное выражение (2) справедливо при передаточном отношении передаточного механизма i, удовлетворяющем условию

и величине зазора δ между объектом испытаний и тормозным устройством, установленным между объектом испытаний и платформой, удовлетворяющей условию

где n_пл - амплитуда импульса перегрузки, действующего на платформу ударного стенда в процессе ее торможения;
К - коэффициент, зависящий от формы действующего на платформу ударного стенда импульса перегрузки и принимающий значения: 1 - для прямоугольной формы импульса, 1,57 - для полусинусоидальной формы (для рассматриваемого ударного стенда величина коэффициента К может быть принята равной среднему арифметическому вышеприведенных значений коэффициента, т.е. 1,3).

Значения параметров, входящих в выражения (2)...(4), для рассматриваемого случая могут быть назначены следующими:

Произведя вычисления по формулам (2)...(4) при принятых значениях параметров (5), получим соответственно:
V₀ = 114 м/с;
i = 0,24;
δ≥0,273 м.
Таким образом, используя предлагаемый способ формирования импульса перегрузки на действующем ударном стенде при скорости разгона платформы 55 м/с, зазоре δ не менее 0,273 м, передаточном отношении передаточного механизма i = 0,24 и массе инерционного груза 2000 кг можно разогнать объект испытаний массой 100 кг до скорости 114 м/с, достаточной для формирования импульса перегрузки прямоугольной формы с амплитудой n_п = 10000 и длительностью τ_n= 1 мс.
Источники информации
1. Батуев Г. С. , Голубков Ю.В., Ефремов А.К., Федосов А.А. Инженерные методы исследования ударных процессов. М., "Машиностроение", 1977. С. 106-128.

2. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Кн. 2 под ред. В.В.Клюева. М. "Машиностроение". 1978. С. 334-376.

3. Патент RU N 2110051, опубл. БИ N 12, 1998 г.

Изобретение относится к испытаниям объектов на воздействие ударных нагрузок. Данное изобретение позволяет повысить характеристики импульса перегрузки испытуемого объекта посредством увеличения его скорости разгона без увеличения скорости разгона платформы ударного стенда. Указанный технический результат достигается за счет того, что платформу с испытуемым объектом, который устанавливают с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством, а после тормозят испытуемый объект вторым тормозным устройством, которое устанавливают между испытуемым объектом и платформой с определенным зазором между объектом и вторым тормозным устройством. При этом в процессе перемещения объекта относительно платформы, происходящего в пределах указанного зазора, производят дополнительно разгон объекта испытаний путем передачи ему кинетической энергии разгоняемого на ударном стенде вместе с объектом испытаний и платформой инерционного груза, осуществляемый с помощью установленного на платформе передаточного механизма с передаточным отношением i < 1. 1 ил.

Способ формирования импульса перегрузки при ударных испытаниях, заключающийся в том, что платформу с испытуемым объектом, который устанавливают с возможностью перемещения относительно платформы при торможении последней, разгоняют до соударения с тормозным устройством и тормозят испытуемый объект вторым тормозным устройством, которое устанавливают между испытуемым объектом и платформой с зазором δ между объектом и вторым тормозным устройством, отличающийся тем, что производят дополнительно разгон объекта испытаний путем передачи ему кинетической энергии разгоняемого на ударном стенде вместе с объектом испытаний и платформой инерционного груза, осуществляемый с помощью установленного на платформе передаточного механизма с передаточным отношением

где V₁ - скорость инерционного груза относительно платформы;
V₂ - скорость объекта испытаний относительно платформы.